双极化多子带星地通信系统及方法与流程

本发明涉及卫星通信。更具体地，本发明涉及一种双极化多子带星地通信系统及方法。

背景技术：

1、x频段星地高速微波数传技术，是指利用8-12ghz的x频段微波资源，通过高阶调制解调、相位噪声补偿、智能信道均衡等方法，在卫星与地面接收站之间实现单通道最高2100mbps、双通道6gbps高码率数据传输的通信技术。该项技术能够将传统星地微波通信码速率提升75%，有效突破了当前遥感卫星海量观测数据下传的带宽瓶颈，它能够支撑8k遥感影像、灾害现场高清画面等大容量数据的实时回传，对提升我国救灾、高清导航、土地精准规划等方面有着重要意义。

2、为了实现上述技术，当前主要采用两类主流方案：

3、其中一种属于单通道大带宽方案，它的执行原理为，在最大限度复用现有地面设备的基础上，采用128qam高阶正交振幅调制提升单符号比特承载量，并将深度神经网络模型引入调制解调器核心算法，通过ai实时学习信道特性、自适应调整解调参数，最后，采用单通道内整带发射实现稳定的高码率信号传输。然而，在实际部署的过程中，该方案整带发射导致星上功放需要提供极高的峰值功率与线性度，对散热和供电要求苛刻；同时，地面站必须配套大口径天线（12m以上），通常无法兼容常规测控站，设备兼容能力差，部署成本高。

4、另外一种属于多子带载波聚合方案，它的执行原理为，依托双极化的正交隔离特性，在左旋、右旋两个独立极化通道内，通过数字域的宽带信号合成技术，将原本分属不同子带的基带信号进行合路处理，再经统一的上变频、功率放大链路完成全带宽信号的辐射发射，无需对多个子带进行分路独立发射，实现全频段频谱资源的一体化调度与利用。然而，该方案的子带间缺乏保护间隔，邻道串扰严重；还需依赖复杂的数字基带载波聚合与相位同步算法，星上实现难度大、稳定性差且工程实现风险高。

5、综上所述，现有技术主要存在兼容能力弱及抗干扰能力弱的问题。

技术实现思路

1、为解决上述兼容能力弱及抗干扰能力弱的技术问题，本发明公开了一种双极化多子带星地通信系统及方法。

2、第一方面，本发明公开了一种双极化多子带星地通信系统，包括卫星端和地面站；其中，卫星端包括数据分路模块、多个独立的子带调制模块以及合路发射模块；地面站包括双极化接收天线、信号二维分离模块以及多通道并行解调模块；

3、数据分路模块用于将待传输的宽带基带数据拆分为多个子带数据；其中，在频谱划分上，相邻子带数据之间保留保护间隔；

4、子带调制模块用于对多个子带数据分别进行高阶调制处理，得到多路子带信号；

5、合路发射模块用于将多路子带信号在模拟域进行合路并变频发射；

6、双极化接收天线及信号二维分离模块，用于接收带正交极化特性的下行射频信号，并按频分复用与极化正交规则，从频点及极化方向分离出多路物理通道信号；

7、多通道并行解调模块用于对多路物理通道信号独立异步并行解调，合并还原出宽带基带数据。

8、优选的，卫星端包括中央处理器、下行链路发射机及上行链路接收机；地面站包括ccsds接收机和acm控制站；其中，数据分路模块、多个独立的子带调制模块以及合路发射模块配置于下行链路发射机内；双极化接收天线、信号二维分离模块以及多通道并行解调模块配置于ccsds接收机。

9、优选的，数据分路模块包含水平极化正交通道和垂直极化正交通道；水平极化正交通道包含至少三个基带调制单元；垂直极化正交通道包含至少三个基带调制单元。

10、优选的，多通道并行解调模块内包含多个配置有多普勒频偏校正单元的子信道解调器。

11、优选的，地面站还包括信道状态评估模块，卫星端还包括参数执行模块；其中，参数执行模块用于根据信道状态评估模块反馈的信号更新卫星执行参数。

12、第二方面，本发明还公开了一种双极化多子带星地通信方法，用于第一方面记载的双极化多子带星地通信系统，本发明方法包括：

13、s10：将待传输的宽带基带数据拆分为多个子带数据；其中，在频谱划分上，相邻子带数据之间保留保护间隔；

14、s20：对多个子带数据分别进行高阶调制处理，得到多路子带信号；

15、s30：将多路子带信号在模拟域进行合路并变频发射；

16、s40：接收带正交极化特性的下行射频信号，并按频分复用与极化正交规则，从频点及极化方向分离出多路物理通道信号；

17、s50：对多路物理通道信号独立异步并行解调，合并还原出宽带基带数据。

18、优选的，步骤s10包括：

19、将位于总带宽范围内的宽带基带数据划分为多个子带数据；

20、配置保护间隔承载用于同步或校准的特定序列。

21、优选的，本发明方法还包括：

22、在对多路物理通道信号进行解调的过程中，实时评估各路物理通道独立的信道状态参数；

23、根据信道状态参数，分别配置各路物理通道对应的目标调制方式和/或编码码率，并生成对应的控制指令；

24、将控制指令通过上行链路发送至卫星端，以更新高阶调制处理的相关参数。

25、优选的，步骤s50包括：

26、将分离出的每一路物理通道信号分别接入独立的子信道解调器；其中，各子信道解调器之间独立异步工作；

27、利用接收到的星历数据配置多普勒搜索范围，并结合导频或数据辅助算法执行残余频偏校正。

28、优选的，保护间隔不小于3mhz。

29、区别于现有技术，本发明的有益效果在于：

30、第一方面，本发明系统大幅降低星上功放的实现难度，其单路功放的峰值功率和线性度要求下降60%以上，能够适配低轨微小卫星的小型化、低功耗平台，克服了现有技术兼容能力弱的问题。

31、第二方面，本发明系统采用了先分调后合路的简易架构，基于ccsds标准解调器完成解调与频偏校正，故障率低、工程可实现性强。

32、第三方面，本发明方法的相邻子带预留3mhz的专属保护间隔，使其邻道泄漏比优于-45dbc，使得信息传输精度与抗干扰能力有效提升。

1.一种双极化多子带星地通信系统，其特征在于，包括卫星端和地面站；其中，所述卫星端包括数据分路模块、多个独立的子带调制模块以及合路发射模块；所述地面站包括双极化接收天线、信号二维分离模块以及多通道并行解调模块；

2.根据权利要求1所述的双极化多子带星地通信系统，其特征在于，所述卫星端包括中央处理器、下行链路发射机及上行链路接收机；所述地面站包括ccsds接收机和acm控制站；其中，所述数据分路模块、多个独立的子带调制模块以及合路发射模块配置于所述下行链路发射机内；所述双极化接收天线、信号二维分离模块以及多通道并行解调模块配置于所述ccsds接收机。

3.根据权利要求1所述的双极化多子带星地通信系统，其特征在于，所述数据分路模块包含水平极化正交通道和垂直极化正交通道；所述水平极化正交通道包含至少三个基带调制单元；所述垂直极化正交通道包含至少三个基带调制单元。

4.根据权利要求1所述的双极化多子带星地通信系统，其特征在于，所述多通道并行解调模块内包含多个配置有多普勒频偏校正单元的子信道解调器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的双极化多子带星地通信系统，其特征在于，所述地面站还包括信道状态评估模块，所述卫星端还包括参数执行模块；其中，所述参数执行模块用于根据所述信道状态评估模块反馈的信号更新卫星执行参数。

6.一种双极化多子带星地通信方法，其特征在于，用于权利要求1-5任一项所述的双极化多子带星地通信系统，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的双极化多子带星地通信方法，其特征在于，步骤s10包括：

8.根据权利要求6所述的双极化多子带星地通信方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求6所述的双极化多子带星地通信方法，其特征在于，步骤s50包括:

10.根据权利要求6所述的双极化多子带星地通信方法，其特征在于，所述保护间隔不小于3mhz。